Temperatur der Sonne bei 10 GHz

1. Einleitung Richtet man eine Satellitenschüssel auf die Sonne, erhöht sich der Rauschpegel am Ausgang des Antennenkonverters (LNC, low noise converter) bezogen auf den Wert, den man normalerweise misst („normalerweise“ bedeutet zum Beispiel, dass die Antennenschüssel auf eine Himmelsregion fernab von der Sonne gerichtet wird). Mit diesem „Experiment“ zeigt man, dass die Sonne nicht nur sichtbares Licht, sondern auch Radiostrahlung aussendet. Da das Experiment keinen großen Aufwand an Geräten erfordert, erscheint es interessant zu untersuchen, ob es auch quantitativ auswertbar ist. Dazu muss man den Rauschpegel messen oder zumindest mit dem eines Körpers bekannter Temperatur vergleichen. Bei der vorliegenden Messung stellte sich heraus, dass dieser Vergleich per Zufall unabhängig von der Eichung des Pegelmessers war. Experimente dieser Art sind nicht neu, sie sind z. B. Bestandteil des physikalischen Praktikums an Hochschulen. Für das vorliegende Experiment habe ich nur solche Geräte verwandt, die man auch für das Satelliten-Fernsehen benötigt: eine Antennenschüssel von etwa 70 cm Durchmesser, einen LNC für 10 GHz und einen HF-Pegelmesser, der zum Ausrichten von Satelliten-Antennen verwandt wird (Satfinder). Ein Experiment dieser Art wird z. B. von Lo und Lonc [LoL 85] beschrieben.

2. Theorie Die Radiostrahlung der Sonne vergleicht man in der Regel mit der Strahlung, die aus der Öffnung eines Hohlraums heraustritt, wenn man diesen auf die Temperatur T aufheizt (T gemessen vom absoluten Nullpunkt aus). Die Intensität B der Hohlraumstrahlung ist für kleine Frequenzen f (dazu gehören die Radiofrequenzen) proportional zur Temperatur T. In diesem Bereich von Frequenzen gilt das Gesetz von Rayleigh-Jeans (1)

B( f ) 

2kTf 2 . c2

Dabei ist k die Boltzmann-Konstante (k = 1,38 1023 J/K1) und c die Lichtgeschwindigkeit (c = 3 108 m/s). B gibt die einfallende Leistung pro Fläche, pro Frequenzintervall und pro Raumwinkel an, hat also die Einheit Watt/(m2 Hz sr), wobei sr die Abkürzung für die Raumwinkeleinheit Steradiant ist. Kleine Frequenzen bedeuten, dass die Ungleichung hf/kT